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1、 理工学院毕 业 设 计学生姓名： * 学 号：8888888888 专 业： 材料成型及控制工程 题 目： 货叉焊接专用操作机设计 指导教师： # 评阅教师： 2013 年 5 月 河北科技大学理工学院毕业设计（论文）成绩评定表姓 名#学 号0000000成 绩专 业材料成型及控制工程题 目货叉焊接专用操作机设计指导教师评语及成绩 指导教师： 年 月 日评阅教师评语及成绩 评阅教师： 年 月 日答辩小组评语及成绩答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见 答辩委员会主任： 年 月 日 毕 业 设 计（论文） 中 文 摘 要（空1行） （小4号宋体，1.25-1.5倍行距）。（要求300字左右）
2、（空2行）关键词 （小4号宋体）（小4号黑体）毕 业 设 计（论文） 外 文 摘 要Title （Times New Roman 14） Abstract（Times New Roman 12，1.25-1.5倍行距，第一个字应顶格写）（空2行）Key Words （Times New Roman 12）（Times New Roman 12） 本科毕业设计 第 27 页 共 32 页目 录1 绪论211 焊接发展现状212 货叉发展现状213 操作机结构分析32 伸缩臂的设计42. 1 材料的选择42. 2 尺寸设计42. 3 伸缩臂的强度计算43 立柱的设计631 材料的选择632 立柱的
3、强度计算73.3立柱的刚度计算74 升降机构的设计1041 升降机构的计算1042 升降机构的结构形式1243 丝杠的设计1344 电动机的选择145 减速器的设计155. 1 传动比及转速的计算155. 2 传动零件的设计计算165. 3 轴的设计计算186 伸缩机构的设计2261 伸缩机构的计算2262 齿条的设计2463 伺服电机的选择2464 伺服电机减速器的选择251 绪论11 焊接发展现状焊接是工业制造过程中的重要工艺，在机械制造、航空航天、能源交通、建筑及石油化工等行业中都得到了广泛的应用。目前，我国自动化焊接率不足30%，与发达国家近80%的自动化率相差甚远。我国的焊接还以手工
4、电弧焊为主，从焊接发展的趋势来看，我国的焊接设备行业将继续从劳动密集型向技术密集型方向发展，所以加强研制专用的焊接设备，这对提高我国焊接自动化和生产效率有着重要意义1。随着科技水平的不断发展提高，焊接从简单的构件连接手段和毛坯制造手段逐渐发展成为基础工艺和生产尺寸精确的制成品的生产手段。由于焊接工作环境恶劣，劳动强度大，对一线焊接工人的身体健康具有较大的危害，并且传统的手工焊接对操作者的技术水平要求较高，难以得到质量稳定的焊缝。传统的焊接方法已经不能满足现代高技术产品质量、数量及生产效率的要求。因此，保证焊接产品质量稳定，提高产品的生产效率和改善劳动者的工作环境已经成为当代焊接制造工艺发展亟待
5、解决的问题。随着焊接技术和焊接设备的发展，焊接自动化在很大程度上依靠操作机、变位机和焊接机器人来实现。操作机与变位机既可以单独使用又可以相互配套使用，相对于焊接机器人而言造价低，适用面广，操作简单。操作机的作用是把焊接机头准确的移送到施焊位置。操作机与变位机、托辊等配合使用，可完成纵缝，环缝、螺旋缝等的焊接。在一些焊接质量要求较高的构件焊接上，手工电弧焊逐渐被焊接操作机或焊接机器人所取代。焊接操作机虽有多种结构形式，但伸缩臂式的焊接操作机以其机动性好、适应性强、应用范围广等优点，已成为焊接操作机中的主流产品。国内外有关焊接辅机制造厂都以各自的系列批量生产，其结构和技术虽有差异，但主要功能都是一
6、致的2。12 货叉发展现状挂钩货叉是叉车基本通用的取物工具，通常叉车装有两根相同的货叉供用户使用。货叉上有两个挂钩与滑架相配合，是货叉受力最为集中的部位，由于它受力大，而且要求界面小，重量轻，所以对焊接质量的要求高。有时为了降低焊接残余应力焊前必须进行预热处理，焊接环境差，对焊工的技术要求高，人工焊接效率低。焊接操作机的应用可以提高生产效率，降低生产成本显著提高焊接接头的质量且热输入量低，再热裂纹敏感性降低。随着现代科技的发展，叉车取物重量不断加大，货叉的尺寸和受力也逐渐加大，出现了一种上部为套筒下部为挂钩的大型货叉结构。重量为1吨甚至更大。套筒与货叉的焊接所需要的填充金属量大，要求具有较大的
7、熔深。所以传统的人工焊接已经不能满足要求，这就需要一种专门焊接货叉的操作机来完成这项任务。对于大型构件或结构体的焊接操作机的研制已经比较成熟，但对于小型的焊接操作机的研究方面仍然留有发展空间。本课题针对货叉的焊接专用操作机本着实用灵活的原则进行设计分析。13 操作机结构分析对焊接操作机的工作原理进行分析，结合货叉的焊接工艺及机械设计原理确定焊接专用操作机的设计方案。本设计的焊接操作机为伸缩臂式焊接操作机：操作机包括水平和垂直两个自由度，垂直方向采用丝杠传动，即螺旋传动，电动机减速后通过驱动螺母运动带动横臂升降。水平方向采用运动平稳，传动精度高的齿轮齿条传动，伸缩臂的进给运动采用直流电动机驱动，
8、也可采用直流或交流伺服电动机驱动。在两个方向上都使用了滚轮和导轨机构来进行导向。另外，考虑到机构自身的运动平稳性，在机械设计过程中对伸缩臂加以配重处理。伸缩臂式焊接操作机的立柱，主要是大径管结构或箱型，由于立柱是主要的承载构件，除了强度外，还要求很好的刚度和稳定性，焊接结构的立柱焊后需要去应力退火。立柱导轨处应机械加工，以保证滑鞍平稳升降所需要的垂直度和平行度。伸缩臂既要求重量轻，又要有良好的刚度，形位精度要高，在工作中不能有颤抖，伸缩臂多采用薄壁空腹冲焊整体结构2。2 伸缩臂的设计2. 1 材料的选择伸缩臂式焊接操作机的伸缩臂即要求重量轻，又要求有很好的刚度。形位精度要高，在工作运行中不能有
9、重复抖动，并对伸缩臂在全伸状态下的端头下挠量有严格的要求。伸缩臂通常采用空腹冲焊整体结构。根据设计要求材料应具有良好的综合力学性能和低温韧性，要具有较好的塑性和焊接性，以方便机械加工使用。并且能够承受较大的载荷。所以材料选为Q345。Q345综合力学性能良好，低温性能亦可，塑性和焊接性良好，常用做中低压容器、油罐、车辆、起重机、矿山机械、电站、桥梁等承受动荷的结构、机械零件、建筑结构、一般金属结构件，热轧或正火状态使用，可用于-40以上的各种结构。弹性模量：E=200220GPa ，切变模量 G=81GPa。当厚度15mm时，抗弯强度=240Mpa，抗剪强度=145Mpa，断面承压：cd=36
10、0 MPa，密度：7.85g/cm3。3 横梁为压弯成型的钢板焊接而形成的箱型梁结构，由于机构的自重载荷占了机械总重量的很大比例，因此自重载荷的正确估定和计算十分重要。一般要求理论计算值与实际误差小于10%，板梁实体结构的自重视为均布载荷。箱形截面抗扭刚度大，稳定性好。42. 2 尺寸设计 设计要求水平的移动范围为3000mm，属于小型焊接操作机，因为考虑到滑座尺寸的影响，所以所设计的横梁长度为3500mm。 尺寸为：3500mm200mm150mm，板厚为6mm压弯成型的钢板焊接而形成的箱型梁结构。2. 3 伸缩臂的强度计算2.3.1 伸缩臂质量 伸缩臂横截面的示意图如图2-1所示，伸缩臂的
11、重量G0 为： G0=mg=Vg=7.85g/cm3350cm（20cm15cm-18.8cm13.8cm）10-39.8N/kg =1092.10N 图2-1伸缩臂横截面示意图因为伸缩臂的行程最大为3000mm，当伸缩臂伸至最长时的受力分析如图2-2所示：图2-2 伸缩臂的受力分析简图长端重量为： G1=1092.103000/3500=936.09N短端重量为： G2=1092.10-936.09=156.01N根据设计要求焊接机头质量为30kg、焊丝盘重30kg分别置于伸缩臂的两端，其重量分别为：焊接机头重量： G3=mg=30kg9.8N/kg=294N焊丝盘重量： G4=mg=30k
12、g9.8N/kg=294N2.3.2 伸缩臂上最大弯矩的计算因为伸缩臂上的最大弯矩存在于伸缩臂伸出的最长端上。由公式 =(G3+0.5G1)LL=3m l=0.5m求得最大弯矩为：=(G3+0.5G1)L=（294N+0.5936.09N）3m=2286.14Nm2.3.3 伸缩臂最大弯曲应力的计算因为伸缩臂的横截面为空心矩形，所以伸缩臂抗弯截面系数Wbs 的计算公式为Wbs =（BH3-bh3）/6H=(0.150.23-0.1380.1883)/（60.2）=2.3610-4所以 =2286.14/（2.3610-4 ）=9.69 MPa2.3.4 强度校核=240MPa 所以所设计的伸缩臂的强度满足设计要求。3 立柱的设计31 材料的选择 伸缩臂式焊接操作机的立柱，主要是大径管结构或箱型结构，由于立柱是主要的承载构件，除了强度
